設(shè)施農(nóng)業(yè)地源熱泵負(fù)荷比分析

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1供暖期的負(fù)荷計(jì)算

設(shè)計(jì)熱負(fù)荷通常采用最不利時(shí)的負(fù)荷條件進(jìn)行計(jì)算。室外氣象條件逐時(shí)變化，相應(yīng)的負(fù)荷也發(fā)生變化，因此為了模擬供熱期總的燃料耗量，必須知道供熱期各時(shí)刻的動(dòng)態(tài)負(fù)荷。針對(duì)1萬m2的溫室大棚，利用DeST軟件進(jìn)行模擬。對(duì)于溫室大棚來說，20%～65%設(shè)計(jì)負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間最長(zhǎng)，占總采暖時(shí)間的58%，而最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間僅1．2h，其平均負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的41．35%。因此，計(jì)算供暖方案燃料耗量時(shí)應(yīng)該采用逐時(shí)負(fù)荷，而不是設(shè)計(jì)負(fù)荷，否則會(huì)出現(xiàn)不真實(shí)的結(jié)果。

2燃料消耗量

2．1計(jì)算方法

現(xiàn)設(shè)供熱系統(tǒng)(熱泵+鍋爐)每年需要向熱用戶提供熱量Q1(kJ/a)，分別計(jì)算燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t和地源熱泵全年的燃料消耗量。

2．2供熱方案

對(duì)一典型的1m2米的溫室大棚，采用燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、地源熱泵供熱的燃料耗量進(jìn)行計(jì)算。若以燃煤鍋爐的標(biāo)煤耗量為100%，那么燃?xì)忮仩t、地源熱泵供暖系統(tǒng)的標(biāo)煤耗量分別為8．7%和49．4%。其節(jié)能特性為:地源熱泵＞燃?xì)忮仩t＞燃煤鍋爐。

2．3帶輔助熱源方案

一般來說，熱泵供熱較鍋爐節(jié)約原料，但其初投資也相對(duì)較高，因此對(duì)于具體工程方案應(yīng)綜合考慮節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性，可采用兩種熱源同時(shí)供熱，如地源熱泵+燃?xì)忮仩t。在這種混合式供熱方式中，熱泵承擔(dān)絕大部分負(fù)荷，鍋爐起調(diào)峰作用，充分發(fā)揮熱泵的節(jié)能特性和鍋爐較低的初投資，做到節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的最佳組合。在這種供熱方式中，熱泵為主要的供熱熱源，鍋爐稱為輔助熱源或者調(diào)峰熱源。仍然以1萬m2溫室大棚為例，就熱泵承擔(dān)設(shè)計(jì)負(fù)荷比為40%，45%，50%，55%，60%，65%，70%，75%，80%，85%，90%，95%，100%等13種條件進(jìn)行計(jì)算?？梢钥闯?，隨著熱泵承擔(dān)設(shè)計(jì)負(fù)荷比的增加，地源熱泵+燃?xì)忮仩t混合供暖方式的天然氣耗量逐漸減小，耗電量逐漸增加，而標(biāo)煤耗量逐漸減小，且減小的速度逐漸放緩。對(duì)于辦公建筑，地源熱泵承擔(dān)設(shè)計(jì)負(fù)荷比從60%增加到100%時(shí)，其標(biāo)煤耗量?jī)H僅降低了4．48%(以熱泵承擔(dān)100%設(shè)計(jì)負(fù)荷為基準(zhǔn))。

3經(jīng)濟(jì)性分析

地源熱泵系統(tǒng)價(jià)格差別取決于使用的地區(qū)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑功能差異。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際工程測(cè)算，地下水源熱泵系統(tǒng)初投資約為250～420元/m2。其中，冷熱源部分投資約為150～220元/m2;土壤源熱泵系統(tǒng)初投資約為300～480元/m2，其中冷熱源部分投資約為200～270元/m2;燃煤鍋爐房供暖系統(tǒng)投資約為150～200元/m2;燃?xì)夥稚㈠仩t房供暖系統(tǒng)投資約為100～150元/m2;熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)投資約為200元/m2(包括增容費(fèi))［10］;采暖末端設(shè)備的初投資約為40～50元/m2。仍以1萬m2的溫室大棚為例，對(duì)不同輔助熱源配置情況下初投資、運(yùn)行費(fèi)用及費(fèi)用現(xiàn)值進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算費(fèi)用現(xiàn)值時(shí)取折現(xiàn)率8%，壽命期20a，結(jié)果如表3所示。由表3可知，隨著熱泵承擔(dān)設(shè)計(jì)負(fù)荷比的增加，熱源部分的初投資增加，而年運(yùn)行費(fèi)用逐漸降低。當(dāng)熱泵承擔(dān)設(shè)計(jì)負(fù)荷比從40%增加到100%時(shí)，初投資從120萬元增加到155萬元，而運(yùn)行費(fèi)用從13．9萬元/年降到11．3萬元/年。這導(dǎo)致費(fèi)用現(xiàn)值先逐漸緩慢降低，而后又逐漸升高。最小費(fèi)用現(xiàn)值出現(xiàn)在熱泵承擔(dān)60%的設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，為249萬元。也就是說，熱泵承擔(dān)60%的設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，該帶輔助熱源的地源熱泵供熱系統(tǒng)可以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性。

4結(jié)論

針對(duì)新疆某地的氣象條件和價(jià)格體系，分析了地源熱泵、燃?xì)忮仩t和燃煤鍋爐供熱能耗情況，尤其是以燃?xì)忮仩t為輔助熱源的地源熱泵供熱系統(tǒng)的能耗情況及經(jīng)濟(jì)性。研究表明:

1)對(duì)于溫室大棚來說，20%～65%設(shè)計(jì)負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間最長(zhǎng)，占到總采暖時(shí)間的58%，而最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間僅有1．2h，其平均負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的41．35%。因此，在計(jì)算供暖方案燃料耗量時(shí)應(yīng)該采用逐時(shí)負(fù)荷，而不是設(shè)計(jì)負(fù)荷，否則就會(huì)出現(xiàn)不真實(shí)的結(jié)果。

2)節(jié)能特性為地源熱泵＞燃?xì)忮仩t＞燃煤鍋爐。若燃煤鍋爐的標(biāo)煤耗量為100%，那么燃?xì)忮仩t、地源熱泵供暖系統(tǒng)的標(biāo)煤耗量分別為78．7%和49．4%。

3)對(duì)于地源熱泵+燃?xì)忮仩t供熱方式，熱泵承擔(dān)的設(shè)計(jì)負(fù)荷比從40%增加到60%時(shí)，熱泵供熱量從70．13%增加到90．02%，燃?xì)忮仩t的運(yùn)行時(shí)間從62．5%減小到33．5%;而當(dāng)熱泵承擔(dān)的設(shè)計(jì)負(fù)荷從60%增加到100%時(shí)，其標(biāo)煤耗量?jī)H僅降低了4．48%(以熱泵承擔(dān)100%設(shè)計(jì)負(fù)荷為基準(zhǔn))。從燃料耗量的來看，對(duì)于溫室大棚，地源熱泵+燃?xì)忮仩t承擔(dān)設(shè)計(jì)負(fù)荷的比例采用60%+40%，不會(huì)顯著增加燃料耗量，可以接受。

4)地源熱泵承擔(dān)60%的設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，可以獲得最小的費(fèi)用現(xiàn)值(249萬元)、最大的增量?jī)衄F(xiàn)值(47．8萬元)?？梢?，地源熱泵+燃?xì)忮仩t供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷按60%+40%分配時(shí)，可以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。